綜合機械化掘進裝備配套技術探索

董孟陽 陳寧

摘?要：現階段社會經濟快速發展，各行各業對能源的需求量也在不斷增加。煤炭作為我國主要的能源，其采掘質量和效率直接決定了社會和經濟的發展。在面對逐漸增加的煤炭需求，煤礦采掘工作迎來了巨大的挑戰，需要不斷進行創新和優化。因此，本文主要闡述綜合機械化掘進配套裝備技術的研究背景，并探索目前煤礦中用到的綜合機械化掘進配套裝備技術，設想未來發展方向。

關鍵詞：煤礦開采;綜合機械化;掘進配套裝備技術

引言

煤礦掘進設備和技術的應用與人們的生活息息相關，在現代化社會飛速發展背景下，人們對礦產資源的需求逐漸增加，煤礦行業意識到高效掘進設備技術應用的重要性，不斷提升采礦數量和應用規模。采煤效率如果不繼續發展，會影響我國煤礦高產、高效，對能源穩定性造成影響。對此，加強煤礦掘進技術研究，開發綜合機械化掘進配套裝備技術具有良好現實意義。

一、綜合機械化掘進配套裝備技術研究背景

我國屬于能源消耗大國，在我國的能源儲備中，煤炭資源的消費占比高達75%。通常煤礦開采有兩種形式，第一種是露天礦開采，第二種是井工礦開采，在開采設備和技術不斷優化和創新下，煤礦開采逐漸高產和高效。但是在進行煤礦開采的過程中，由于環境較為惡劣，操作風險較大，有著較高的危險性，很多設備為手工操作設備，根據工作經驗定位，可能會出現欠挖、切斷面層、超挖等情況。因此，實現智能化、自動化和工作面無人化是煤礦掘進的發展方向。

二、綜合機械化掘進配套技術

（一）掘進設備攝像儀自動清潔系統

在煤礦開采掘進裝備中將遠程操控技術融入其中，用攝像儀探頭代替人的眼睛進行環境觀察，這是無人開采的基礎。但是由于井下的粉塵較多，會對煤礦掘進設備視頻的顯示造成影響，導致攝像儀鏡面模糊不清，需要人工對其清潔，才能保證清晰度。同時，攝像機長時間在水氣大的環境下工作，使用壽命會大大縮短。研究掘進裝備攝像儀自動清潔系統具有重要意義，滿足鏡面污染之后自動清潔的需要，使攝像儀可以在粉塵大、水氣多的環境下呈現出掘進工作面清晰的圖像。煤礦應用的氣動系統中，氣源動力系統的執行器實現遠程和自動化控制，主要是利用控制器和電磁閥實現，控制氣動馬達和轉臺旋轉調速以及定位的功能。對控制器的執行時間進行預定，就可以對氣動裝置進行控制，實現自動清洗。同時，將數據自動控制模塊和遠程控制模塊的電控元件放置于防爆箱中，通過can總線傳輸到遠程控制器，遠程操作臺完成信號的接收和控制信息等功能。這種系統在煤礦領域中的應用有著廣泛的發展前景，實現攝像儀鏡面自動清潔和遠程遙控清潔兩種功能，保證工作滿面攝像裝置清晰呈現圖像，為實現設備工作面無人化和自動化奠定基礎。

（二）掘進機的自動化截割技術

在煤礦掘進工作中，常用到的導航方式為激光指引裝置，這種裝置發出一束激光，指向巷道的前進方向。在巷道不斷延伸情況下，需要該裝置也不斷前移，通常駕駛掘進機的人員根據工作經驗，掘進面激光斑點處于工作面中心位置上，粗略計算出截割頭在截割時的外周邊界，這種方式無法實現掘進機自動截割。掘進工作面粉塵多，掘進機震動較大，光線較差，而視覺導航系統對環境有著較高的依賴性，無法保證視覺導航的精度。雷達導航同視覺導航一樣，都為有源導航，在粉塵大水氣大的環境中使用，精度也會逐漸下降。傳統礦井中采用全站儀與激光指引配合的方式，但是設備實現無人操作的難度較大，而且還存在測量基準缺乏統一的問題，無法設計自動化截割導航方案。現階段，開發出的慣性導航技術，對外界信號不會產生依賴性，只需其自身計算陀螺儀和加速度，就能獲取被測量設備的航向、機身位姿等參數，而且還能將獲取結果實現對外輸出，整個過程并不需要人的參與，在利用合理的糾偏算法之后，測量精度能夠滿足井下開采的需求，將攝像儀融入其中，能夠對掘進工作面進行視頻監控，方面地面控制人員掌握地下工作情況，及時發現問題并進行人工干預，準確判斷截割頭的位置，這種方式對掘進機的自動化截割起到關鍵作用。

（三）高集成度掘進配套系統

高集成度掘進配套系統主要由自移動力站、可彎曲膠帶轉載機、錨桿鉆車、邁步式自移機尾、破碎轉載機、掘錨機等構成，能夠在中厚煤層的巷道中快速掘進，而且頂底板較為穩定。在該系統中，掘錨機能夠實現全斷面一次成型掘進;破碎轉載機能夠在破碎和轉載之后對后方的膠帶轉載機進行牽引，促使其前進;錨桿鉆車能夠跨騎在可彎曲膠帶轉載機上，實現頂錨、側錨同時實施;可彎曲膠帶轉載機能夠上下彎曲、左右彎曲，搭接在自移機尾上，搭接長度最大為150米。該系統通過集控中心能夠實現遠程遙控操作，操作人員在集控中心進行工作面所有設備的控制操作。

三、綜合機械化掘進配套裝備技術發展方向

第一，創新截割技術，不斷提升其使用范圍。研究和測試新型截割技術，特別是硬巖截割技術，提升其使用范圍，在深度巖層中進行掘進。

第二，加強自動化控制技術研究。隨著各種新型技術的出現，掘進配套系統的自動化發展趨勢越來越凸顯，主要表現包括智能導航、自清潔、全工作面遙控、智能檢測、故障診斷、記憶截割、數據傳輸等。

第三，提升掘進工作可靠性。可靠性作為煤礦掘進工作實現高效性的基礎，各種掘進系統設備的材質研究、系統研究、結構研究都需要以可靠性為前提。

總結

在社會經濟快速發展下，為了更好的滿足社會發展需求，提升煤礦采掘的質量和效率，加強機械化掘進配套裝備技術的研究具有良好現實意義。掘進設備攝像儀自動清潔系統、掘進機的自動化截割、高集成度掘進配套系統的應用可進一步提升煤礦采掘工作的自動化、智能化，最終實現無人工作工作面，提高掘進效率，促進我國煤礦行業穩定發展。

參考文獻

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項目名稱：掘進裝備攝像儀自動清潔系統研究;項目編號：2019-TD-QN041

項目名稱：礦用裝備多媒體超視距遙控技術研究;項目編號：M2019-22